JPS6310603Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 《考案の分野》 この考案は、いわゆる圧電バイモルフからなる
アクチエータで機械的接点機構を作動させる圧電
式キープリレーに関し、特に、入力電圧の極性を
変えることで接点機構を反転させる１入力形のも
の関する。

《考案の背景》 最近、いわゆる圧電バイモルフをアクチエータ
として接点機構を作動させるようにした圧電式リ
レーが開発され、接点機構との組合せでキープリ
レーの形態をとるものも開発されている。

この種の圧電式リレーに用いられる圧電アクチ
エータの構造を第１図に示している。圧電アクチ
エータは、２枚の圧電素子１と２を張り合わせた
２層の構造体からなる。両圧電素子１，２の両面
には電極が形成されていて、両者の接合面の電極
は端子Ａに共通接続され、他の面の電極は端子Ｂ
に共通接続されている。また、圧電素子１，２は
それぞれ矢印で示す方向に分極処理が施されてい
る。

上記の圧電アクチエータの一端を固定して片持
梁の状態とし、端子ＡとＢ間に所定の直流電圧を
印加すると、その電圧の極性に応じて、例えば圧
電素子１がその長さ方向に伸長し、反対に圧電素
子２が収縮する。その結果、アクチエータの自由
端側が矢印ａのごとく下側へ変位するように撓
む。端子Ａ，Ｂに印加する直流電圧の極性を反対
にすると、両圧電素子１と２の伸長、収縮の関係
が反対となり、アクチエータの自由端側は矢印ｂ
のごとく上側へ変位する。

この圧電アクチエータと機械的接点機構とを組
合せ、アクチエータの変位でもつて接点機構を作
動させるように結合し、圧電式リレーが構成され
る。

圧電式リレーは、圧電アクチエータが電圧効果
で動作し、電流をほとんど消費しないことから、
従来の電磁式リレーに比較して消費電力が極めて
小さい、発熱しない等の利点を有している。

ところが、圧電アクチエータは次のような基本
的な問題点がある。端子Ａ，Ｂ間に印加される直
流電圧は、２つの圧電素子１と２の一方に対して
はその分極方向と順方向に作用し、他方に対して
は分極方向と逆方向に作用する。その結果、２つ
の圧電素子１と２の一方が伸長し、他方が収縮す
るわけである。ここで圧電素子の分極方向と順方
向に印加される電圧は問題ないが、分極方向と逆
方向に印加される電圧は圧電素子の分極性を低減
させるという問題がある。圧電素子の分極方向と
逆方向に長期間電圧が印加されていると、分極の
減衰が顕著となり、徐々に圧電性を失い、脱分極
の状態となる。すると素子の圧電性が失われ、ア
クチエータとしての変位量が小さくなてしまう。

《考案の目的》 この考案の目的は、上述した圧電アクチエータ
の特質に鑑みて、圧電アクチエータの性能が劣化
しない長寿命を１入力形圧電式キープリレーを提
供することにある。

《考案の構成と効果》 上記の目的を達成するために、この考案は、反
転バネにより２位置に安定する機械的接点機構
と、２枚の圧電素子の積層構造体からなり、駆動
電圧の極性に応じて２方向に変位して、その変位
によつて上記接点機構を反転させる圧電アクチエ
ータと、入力端子に与えられる電圧を適宜に分圧
して上記圧電アクチエータの両圧電素子の駆動電
圧として印加する回路で、分圧抵抗とダイオード
で回路構成され、入力電圧の極性に応じて分圧比
が異なる有極性の分圧回路とを備え、上記圧電素
子の分極方向と順方向に印加される駆動電圧が大
きく、分極方向と逆方向に印加される駆動電圧が
小さくなるようにしたことを特徴とする。

この構成によれば、キープリレーであることか
ら圧電素子には正負両方向の直流電圧が印加され
るが、印加電圧が圧電素子の分極方向と逆方向に
なるときに、自動的にその電圧が順方向の場合よ
り低くなるので、逆方向の電圧による減極作用は
非常に小さくなり、長時間使用しても圧電アクチ
エータの性能がほとんど劣化せず、長寿命な１入
力形圧電式キープリレーを実現することができ
る。

《実施例の説明》 第２図はこの考案の一実施例による１入力形圧
電式キープリレーの構成を示している。接点機構
２０は、対向配置された２つの固定接片２１，２
２と、固定接点２１，２２間を移動する可動接点
２３を固着した可動片２５を有する。可動片２５
には一体に反転バネ２４が形成され、その基端は
固定部材２６に支持され、その可動端が、圧電ア
クチエータ１０の先端に係合している。

圧電アクチエータ１０は、先に説明したように
２枚の圧電素子１と２を張り合わせた圧電バイモ
ルフからなる。なお、図中の矢印ｃは圧電素子１
と２の分極方向を示している。

圧電アクチエータ１０の左端が固定され、その
右側の自由端側が接点機構２０の可動片２５の先
端２５の先端に係合しており、アクチエータ１０
の変位ａあるいはｂにより可動片２５を反転させ
る。可動片２５は、その反転バネ２４の作用によ
り、固定接点２１側に接触した位置と固定接点２
２側に接触した位置の両方に安定する。アクチエ
ータ１０の変位は可動片２５を反転させるための
トリガとして作用する。

また、図のように圧電素子１と２の張り合わせ
面の共通電極１１は入力端子Ｂに接続され、圧電
素子１の上面側電極１２が有極性分圧回路３１の
出力端Ｃに接続され、圧電素子２の下面側電極１
３は有極性分圧回路３２の出力端Ｄに接続されて
いる。

分圧回路３１は、入力端子AB間に与えられる
電圧を適宜に分圧して出力端Ｃに生じさせ、その
電圧を圧電素子１（電極１１と１２間）に印加す
る。ただし、この分圧回路３１は有極性で、入力
端子AB間に与えられる直流電圧の極性に応じて
その分圧比が異なる。

つまり、分圧回路３１は分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２お
よびダイオードＤ１，Ｄ２からなり、端子Ａに正
電圧＋Ｅが印加された場合、ダイオードＤ１を通
して出力端Ｃに入力電圧＋Ｅがほぼそのまま（ダ
イオードＤ１の順方向電圧降下がある）生じ、そ
の電圧が圧電素子１に印加される。このときの電
圧は圧電素子１の分極方向に順方向の電圧であ
る。これに対して入力端子Ａに負電圧−Ｅが印加
された場合、その電圧が抵抗Ｒ１とＲ２で分圧さ
れ、分圧電圧が出力端Ｃに生じ、圧電素子１に印
加される。このときの電圧は圧電素子１の分極方
向と逆方向の電圧である。つまり、圧電素子１の
駆動電圧が分極方向と順方向の場合には大きく、
分極方向と逆方向の場合には小さくなる。

もう１つの圧電素子２の駆動電圧を与える有極
性分圧回路３２は、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４およびダ
イオードＤ３，Ｄ４からなり、上述の分圧回路３
１とその動作極性が反対であるが、その作用は同
じである。つまり、入力端子Ａに正電圧＋Ｅが印
加された場合、圧電素子２に分極方向と逆方向の
分圧されて小さな駆動電圧を印加し、反対に負電
圧−Ｅが入力端子Ａに印加された場合、圧電素子
２に分極方向と順方向の大きな駆動電圧を印加す
る。

つまり、入力端子Ａに正電圧＋Ｅを印加する
と、圧電アクチエータ１０の電極１１が負で電極
１２および１３が正となる駆動電圧が印加される
が、電極１１，１２間の駆動電圧は大きく、電極
１３，１１間の電圧は小さい。この駆動電圧を受
けてアクチエータ１０は矢印ａの方向に変位し、
接点機構２０を反転させる。接点機構２０を反対
に動作させるには、入力端子Ａに負電圧−Ｅを印
加すればよい。その際の圧電素子１と２に加わる
電圧の大小関係は上記と逆になる。

なお、分圧回路３１におけるダイオードＤ２
は、入力端子Ａに正電圧＋Ｅが印加されている状
態において分圧抵抗Ｒ１とＲ２に不要な電流を流
さないようにするためのものであり、抵抗Ｒ１，
Ｒ２が充分大きく選ばれておれば、ダイオードＤ
２を省略してもよい。同様に、分圧回路３２にお
けるダイオードＤ４を省略してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧電アクチエータの説明図、第２図は
この考案の一実施例による１入力形圧電式キープ
リレーの構成説明図である。 １０……圧電アクチエータ、１……圧電素子、
２……圧電素子、２０……接点機構、２１，２２
……固定接点、２３……可動接点、２４……反転
バネ、２５……可動片、３１，３２……有極性の
分圧回路、Ａ，Ｂ……入力端子。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 反転バネにより２位置に安定する機械的接点機
   構と、 ２枚の圧電素子の積層構造体からなり、駆動電
   圧の極性に応じて２方向に変位して、その変位に
   よつて上記接点機構を反転させる圧電アクチエー
   タと、 入力端子に与えられる電圧を適宜に分圧して上
   記圧電アクチエータの両圧電素子の駆動電圧とし
   て印加する回路で、分圧抵抗とダイオードで回路
   構成され、入力電圧の極性に応じて分圧比が異な
   る有極性の分圧回路と、 を備え、上記圧電素子の分極方向と順方向に印
   加される駆動電圧が大きく、分極方向と逆方向に
   印加される駆動電圧が小さくなるようにしたこと
   を特徴とする１入力形圧電式キープリレー。